zum Directory-modus

Zustandsdiagramme

p,V-Zustandsdiagramm

Ein p,T-Diagramm zeigt in übersichtlicher Weise das Phasenverhalten eines reinen Stoffes, vermittelt aber keine Information über sein Volumen. Diesem Mangel helfen die p,V-Diagramm ab. Der Druck wird gegen das Volumen aufgetragen, Punkte gleicher Temperatur werden zu einer Kurve verbunden, bezeichnet als Isothermen. Die Entstehung eines solchen Diagramms wird im Folgenden beschrieben.

Abb.1
Zusammenhang zwischen p,T- und p,V-Zustandsdiagrammen.

Im p,T-Diagramm (links) ist nur der l/g-Bereich gezeigt, die blaue Kurve ist die Dampfdruckkurve. Im p,V-Diagramm (rechts) liegen die Punkte A bis E auf einer Isothermen T1 . Zahlenlegende für beide Diagramme: (1) flüssig, einphasig; (2) l+g, zweiphasig, Dampfdruckbereich; (3) gasförmig, einphasig.

Bei konstanter Temperatur ( Ti , i = 1 , 2 , k ) wird der Druck erhöht, d.h. im p,T-Diagramm (Abb. 1) verfolgt man eine senkrechte Gerade nach oben. Als exemplarisches Beispiel sollen die Zustände A, B, C, D und E betrachtet werden, die nacheinander für die Temperatur T2 durchlaufen werden (Isotherme):

  • A: Rein gasförmig.
  • B: Flüssige Phase beginnt zu koexistieren.
  • C: Zweiphasiger Bereich g+ l; bei konstantem p , T ( = p2 , T2 ) kondensiert das Gas, V nimmt ab. Der Thermostat nimmt die freiwerdende Kondensationswärme auf.
  • D: Das Gas ist vollständig zur Flüssigkeit kondensiert.
  • E: Mit wachsendem Druck wird das Volumen der rein flüssigen Phase kleiner, die Steigung ist groß wegen der geringen Kompressibilität einer Flüssigkeit.

p,V-Diagramm von Wasser

Das p,V-Diagramm von Wasser (Abb. 2) ist grundlegend für die Chemie (Grad-Werte beziehen sich auf Grad Celsius).

Abb.2
p,V-Zustandsdiagramm von Wasser

Die Isotherme bei 370   °C ist rot dargestellt.

Am kritischen Punkt gilt:

  • Tc = 647,4   K
  • pc = 221,3   bar
  • Vc = 55,3   mL / mol .

Verdampft Wasser um 1 bar und darunter, folgt das Volumen der Gasphase gut dem idealen Gasgesetz. Am Siedepunkt 373,15   K ist das ideale Volumen um 1,5 Prozent größer als das gemessene Volumen des Wasserdampfs 30,15   Lmol-1 . Bei diesen Bedingungen unterscheiden sich Gas- und Flüssigkeitsvolumen um Faktoren in der Größenordnung von 1.000. Erhöht man allerdings den Druck, nimmt beim Verdampfungsgleichgewicht das Gasvolumen V g deutlich kleinere Werte an. Bei 150   bar hat der Quotient V g / V l nur noch den Wert von etwa sieben (s. Diagramm).

Seite 7 von 10